Soil fertility status and wheat nutrient content in Vertisol cropping systems of central highlands of Ethiopia

• DOI: 10.1186/s40066-015-0038-0
• Publication Date: 2015-11-02T18:30:05Z
• Authors: Hillette Hailu; Tekalign Mamo; Riikka Keskinen; Erik Karltun; Heluf Gebrekidan; Taye Bekele
• Keywords: Ammonium oxalate; fertilizers; Soil Science; Organic chemistry; deficient; Plant Science; Soil pH; Soil fertility; 630; Environmental science; soil; Agricultural and Biological Sciences; nutrients; Management of Soil Fertility and Crop Productivity; Soil water; Biology; Soil science; 2. Zero hunger; Soil Fertility; plants; soil fertility; Life Sciences; Vertisol; Phosphorus; 04 agricultural and veterinary sciences; 15. Life on land; Agronomy; 6. Clean water; adequate; Biofortification of Staple Crops for Human Nutrition; Chemistry; Soil test; 0401 agriculture, forestry, and fisheries; Organic matter; Soil Carbon Dynamics and Nutrient Cycling in Ecosystems; Animal science; Inorganic chemistry; Nutrient

La degradación de la tierra reduce la productividad agrícola y representa una grave amenaza para el estado de seguridad alimentaria de los hogares. En Etiopía, los agricultores han estado usando solo urea y fosfato diamónico durante más de 15 años. Varios informes indican una falta de respuesta a estos fertilizantes, lo que podría deberse a la limitación de nutrientes distintos del nitrógeno y el fósforo. Por lo tanto, el presente estudio se inició para evaluar el estado de fertilidad del suelo de diez sitios en las tierras altas centrales Vertisoles de Etiopía y el contenido de nutrientes del trigo. Las propiedades fisicoquímicas de los suelos mostraron que los suelos eran arcillosos en textura, neutros a ligeramente alcalinos (pH 7.2–7.9) y bajos a medios en su contenido de materia orgánica (1.6–3.2 %). El contenido total de N fue bajo en el 100 % de las muestras, mientras que el 80 % de las muestras de suelo mostraron deficiencia de P (<10 mg kg−1). El K, Ca y Mg intercambiables en todas las muestras de suelo fueron altos, mientras que el azufre disponible fue bajo. Por otro lado, la relación de K a Mg varió de 0.13:1 a 0.44:1, lo que indica una deficiencia de K inducida por Mg. Todas las muestras de suelo fueron adecuadas cuando se analizaron mediante contenidos extraíbles de Cu (>0,5 mg kg-1), Fe (>5 mg kg-1) y Mn (>1 mg kg-1) de bicarbonato de amonio dietilentriamina pentaacético. Sin embargo, el 70 % de las muestras eran deficientes en contenido de Zn (<1,5 mg kg−1). Se encontró que el Mehlich 3 extraíble B (<0.5 mg kg−1) y el Mo extraíble con oxalato de amonio ácido (<0.1 mg kg−1) eran bajos en todas las muestras de suelo. Los datos del análisis de la planta mostraron que todas las muestras eran bajas en N, P y K, mientras que altas en concentraciones de Ca y Mg. La deficiencia del contenido de K en el tejido no se predijo mediante la prueba de K intercambiable en el suelo. El análisis de micronutrientes de la planta mostró que las concentraciones de Cu, Fe, Mn y Cl estaban dentro del rango de suficiencia, mientras que el Zn era deficiente en todas las muestras. Los resultados de las pruebas de suelo y/o tejido son indicativos de una deficiencia de N, P, K, S, Zn, B y Mo que podría modificarse mediante la aplicación de fertilizantes, aunque se necesitan más datos para respaldar completamente esta conclusión. La correlación más alta (r > 0.90) entre el suelo y el contenido de nutrientes de las plantas se observó para P, K, Mg, Cu, Fe, Mn y Zn, lo que implica que las hojas de bandera en la etapa de floración se pueden utilizar para calibrar el suelo y el contenido de las plantas para los nutrientes deficientes.<br/>La dégradation des terres réduit la productivité agricole et constitue une grave menace pour la sécurité alimentaire des ménages. En Éthiopie, les agriculteurs n'utilisent que de l'urée et du phosphate de diammonium depuis plus de 15 ans. Plusieurs rapports indiquent un manque de réponse à ces engrais, ce qui pourrait être dû à une limitation des nutriments autres que l'azote et le phosphore. Par conséquent, la présente étude a été lancée pour évaluer l'état de fertilité du sol de dix sites dans les vertisols des hauts plateaux du centre de l'Éthiopie et la teneur en éléments nutritifs du blé. Les propriétés physico-chimiques des sols ont montré que les sols étaient de texture argileuse, neutres à légèrement alcalins (pH 7,2-7,9) et de faible à moyenne teneur en matière organique (1,6-3,2 %). La teneur totale en N était faible dans 100 % des échantillons tandis que 80 % des échantillons de sol présentaient une carence en P (<10 mg kg−1). Le K, le Ca et le Mg échangeables dans tous les échantillons de sol étaient élevés, tandis que le soufre disponible était faible. D'autre part, le rapport K/Mg variait de 0,13:1 à 0,44:1, indiquant une carence en K induite par le Mg. Tous les échantillons de sol étaient adéquats lorsqu'ils étaient analysés par les teneurs en Cu extractible (>0,5 mg kg−1), Fe (>5 mg kg−1) et Mn (> 1 mg kg− 1) du bicarbonate de diéthylène triamine acide penta-acétique d'ammonium. Cependant, 70 % des échantillons présentaient une carence en Zn (<1,5 mg kg−1). Le Mehlich 3 extractible B (<0,5 mg kg−1) et l'oxalate d'ammonium acide extractible Mo (<0,1 mg kg−1) se sont avérés faibles dans tous les échantillons de sol. Les données d'analyse des plantes ont montré que tous les échantillons étaient faibles en N, P et K, alors qu'ils étaient riches en concentrations de Ca et de Mg. La déficience de la teneur en K des tissus n'a pas été prédite par le test K échangeable dans le sol. L'analyse des micronutriments végétaux a montré que les concentrations de Cu, Fe, Mn et Cl étaient dans la plage de suffisance alors que Zn était déficient dans tous les échantillons. Les résultats des tests sur le sol et/ou les tissus indiquent une carence en N, P, K, S, Zn, B et Mo qui pourrait être modifiée par l'application d'engrais, bien que davantage de données soient nécessaires pour étayer pleinement cette conclusion. La corrélation la plus élevée (r > 0,90) entre la teneur en nutriments du sol et des plantes a été observée pour P, K, Mg, Cu, Fe, Mn et Zn, ce qui implique que les feuilles de drapeau au stade de la floraison peuvent être utilisées pour calibrer la teneur du sol et des plantes pour les nutriments déficients.<br/>يقلل تدهور الأراضي من الإنتاجية الزراعية ويشكل تهديدًا خطيرًا لحالة الأمن الغذائي للأسر. في إثيوبيا، يستخدم المزارعون اليوريا وفوسفات ثنائي الأمونيوم فقط لأكثر من 15 عامًا. العديد من التقارير التي تشير إلى عدم الاستجابة لهذه الأسمدة، والتي قد تكون بسبب محدودية العناصر الغذائية بخلاف النيتروجين والفوسفور. لذلك، بدأت الدراسة الحالية لتقييم حالة خصوبة التربة لعشرة مواقع في المرتفعات الوسطى فيرتيسولس في إثيوبيا ومحتوى مغذيات القمح. أظهرت الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة أن التربة كانت طينية في قوامها، ومحايدة إلى قلوية قليلاً (الرقم الهيدروجيني 7.2–7.9) ومنخفضة إلى متوسطة في محتواها من المواد العضوية (1.6–3.2 ٪). كان إجمالي محتوى النيتروجين منخفضًا في 100 ٪ من العينات بينما أظهرت 80 ٪ من عينات التربة نقصًا في الفوسفات (<10 مجم كجم-1). كانت الكالسيوم والكالسيوم والمغنيسيوم القابلة للتبديل في جميع عينات التربة مرتفعة، في حين كان الكبريت المتاح منخفضًا. من ناحية أخرى، تباينت نسبة الكالسيوم إلى المغنيسيوم من 0.13:1 إلى 0.44:1، مما يشير إلى نقص الكالسيوم المستحث بالمغنيسيوم. كانت جميع عينات التربة كافية عند تحليلها بواسطة بيكربونات الأمونيوم ثنائي إيثيلين ثلاثي أمين حمض خماسي الأسيتيك القابل للاستخراج النحاس (>0.5 مجم كجم-1)، الحديد (>5 مجم كجم-1)، والمنغنيز (>1 مجم كجم-1). ومع ذلك، كانت 70 ٪ من العينات ناقصة في محتوى الزنك (<1.5 مجم كجم-1). وجد أن Mehlich 3 القابل للاستخراج B (<0.5 مجم كجم-1) وأكسالات الأمونيوم الحمضية القابلة للاستخراج Mo (<0.1 مجم كجم-1) منخفضة في جميع عينات التربة. أظهرت بيانات تحليل النبات أن جميع العينات كانت منخفضة في N و P و K، بينما كانت عالية في تركيزات الكالسيوم والمغنيسيوم. لم يتم التنبؤ بنقص محتوى ك في الأنسجة من خلال اختبار ك القابل للتبديل في التربة. أظهر تحليل المغذيات الدقيقة النباتية أن تركيزات النحاس والحديد والمنغنيز والكلور كانت ضمن نطاق الكفاية بينما كان الزنك ناقصًا في جميع العينات. تشير نتائج اختبار التربة و/أو الأنسجة إلى نقص N و P و K و S و Zn و B و Mo الذي يمكن تعديله باستخدام الأسمدة، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من البيانات لدعم هذا الاستنتاج بدقة. لوحظ أعلى ارتباط (r > 0.90) بين محتوى التربة والمغذيات النباتية لـ P و K و Mg و Cu و Fe و Mn و Zn، مما يعني أنه يمكن استخدام أوراق العلم في مرحلة الإزهار لمعايرة محتويات التربة والنبات للعناصر الغذائية الناقصة.<br/>Land degradation reduces agricultural productivity and poses a serious threat on food security status of households. In Ethiopia, farmers have been using only urea and di-ammonium phosphate for more than 15 years. Several reports that indicate lack of response to these fertilizers, which could be due to limitation of nutrients other than nitrogen and phosphorus. Therefore, the present study was initiated to evaluate the soil fertility status of ten sites in central highlands Vertisols of Ethiopia and wheat nutrient content. The physico-chemical properties of soils showed that the soils were clayey in texture, neutral to slightly alkaline (pH 7.2–7.9) and low to medium in their organic matter (1.6–3.2 %) content. Total N content was low in 100 % of the samples while 80 % of the soil samples showed P deficiency (<10 mg kg−1). Exchangeable K, Ca and Mg in all soil samples were high, while available sulfur was low. On the other hand, K to Mg ratio varied from 0.13:1 to 0.44:1, indicating Mg induced K deficiency. All soil samples were adequate when analyzed by ammonium bicarbonate di-ethylene tri-amine penta-acetic acid extractable Cu (>0.5 mg kg−1), Fe (>5 mg kg−1), and Mn (>1 mg kg−1) contents. However, 70 % of the samples were deficient in Zn (<1.5 mg kg−1) content. Mehlich 3 extractable B (<0.5 mg kg−1) and acid ammonium oxalate extractable Mo (<0.1 mg kg−1) were found to be low in all soil samples. The plant analysis data showed that all samples were low in N, P and K, while high in Ca and Mg concentrations. The deficiency of tissue K content was not predicted by the soil exchangeable K test. Plant micronutrient analysis showed that Cu, Fe, Mn and Cl concentrations were within the sufficiency range while Zn was deficient in all of the samples. Soil and/or tissue test results are indicative of deficiency of N, P, K, S, Zn, B and Mo that could be amended by fertilizer application, although more data are needed to thoroughly support this conclusion. The highest correlation (r > 0.90) between soil and plant nutrient content was observed for P, K, Mg, Cu, Fe, Mn and Zn, implying that flag leaves at flowering stage can be used to calibrate soil and plant contents for the deficient nutrients.<br/>